Perkembangan dan Prospek Aplikasi zk-SNARKs

Asal Usul dan Perkembangan zk-SNARKs

Sistem bukti nol-pengetahuan pertama kali dapat ditelusuri kembali ke tahun 1985, yang diajukan oleh Goldwasser, Micali, dan Rackoff dalam makalah "Kompleksitas Pengetahuan Sistem Pembuktian Interaktif". Teori ini mengeksplorasi bagaimana membuktikan kebenaran sebuah pernyataan dengan cara pertukaran nol-pengetahuan melalui interaksi terbatas dalam sistem interaktif. Sistem bukti nol-pengetahuan awal memiliki kekurangan dalam hal kegunaan, yang sebagian besar terbatas pada penelitian teoretis.

Dalam sepuluh tahun terakhir, teknologi zk-SNARKs telah mengalami perkembangan pesat dan menjadi arah penting dalam bidang kriptografi. Di antaranya, membangun protokol zk-SNARKs yang umum, non-interaktif, dan memiliki ukuran bukti yang terbatas adalah salah satu arah eksplorasi kunci. Tantangan inti dari zk-SNARKs adalah mencari keseimbangan antara kecepatan pembuktian, kecepatan verifikasi, dan ukuran bukti.

Pada tahun 2010, makalah yang diterbitkan oleh Groth berjudul "Pembuktian Pengetahuan Nol Non-interaktif Pendek Berbasis Pasangan" merupakan terobosan penting di bidang ZKP, yang meletakkan dasar teoretis bagi zk-SNARKs. Pada tahun 2015, Zcash menerapkan pembuktian pengetahuan nol untuk perlindungan privasi transaksi, membuka penerapan luas ZKP di bidang blockchain.

Sejak itu, berbagai hasil akademis telah mendorong perkembangan ZKP:

• Protokol Pinocchio 2013 meningkatkan efisiensi pembuktian dan verifikasi
• Algoritma Groth16 tahun 2016 lebih jauh mengoptimalkan ukuran bukti dan kecepatan verifikasi
• Algoritma Bulletproofs yang diperkenalkan pada tahun 2017 berhasil melakukan transisi cepat dari teori ke aplikasi.
• Protokol zk-STARKs yang diajukan pada tahun 2018 tidak memerlukan pengaturan tepercaya, membuka arah penelitian baru.

Kemajuan penting lainnya termasuk PLONK, Halo2, yang semuanya telah membuat perbaikan pada zk-SNARKs.

Aplikasi Utama zk-SNARKs

zk-SNARKs saat ini terutama diterapkan dalam dua bidang: perlindungan privasi dan skalabilitas.

Perlindungan Privasi

Proyek transaksi privasi awal seperti Zcash dan Monero mendorong perkembangan aplikasi perlindungan privasi. Meskipun permintaan untuk transaksi privasi tidak sepopuler yang diperkirakan, itu tetap menjadi arah aplikasi yang penting.

Sebagai contoh Zcash, proses yang menggunakan zk-SNARKs untuk mencapai transaksi privasi mencakup: pengaturan sistem, pembuatan kunci, pencetakan koin, pembuatan bukti transaksi, verifikasi, dan penerimaan. Namun, desain Zcash yang berbasis model UTXO juga memiliki beberapa batasan.

Tornado Cash menggunakan desain kolam pencampuran tunggal, berbasis jaringan Ethereum, yang menawarkan solusi perlindungan privasi yang lebih umum. Fitur inti termasuk batasan akses, pencegahan double spending, pengikatan notifikasi pembuktian dan pembatalan, dan lain-lain.

ekspansi

Solusi skalabilitas ZK dapat diterapkan pada jaringan lapisan satu (seperti Mina) atau jaringan lapisan dua (ZK Rollup). Peran inti ZK Rollup mencakup Sequencer dan Aggregator, di mana yang pertama bertanggung jawab untuk mengemas transaksi, dan yang kedua bertanggung jawab untuk menggabungkan transaksi dan menghasilkan zk-SNARKs.

Keunggulan ZK Rollup terletak pada biaya rendah, finalitas cepat, dan perlindungan privasi, tetapi juga menghadapi tantangan seperti beban perhitungan yang besar dan ujian keamanan. Saat ini, proyek ZK Rollup utama di pasar termasuk StarkNet, zkSync, Aztec Connect, Polygon Hermez/Miden, Loopring, Scroll, dan lainnya.

Proyek-proyek ini terutama memilih antara SNARK (dan versi perbaikannya) dan STARK dalam jalur teknologi mereka, sambil memperhatikan tingkat dukungan untuk EVM. Kompatibilitas EVM adalah isu penting yang mempengaruhi ekosistem pengembang dan kompetisi proyek.

Prinsip Dasar ZK-SNARK

ZK-SNARK (zk-SNARKs) adalah teknologi bukti nol yang saat ini banyak digunakan. Ciri-ciri intinya termasuk sifat nol, kesederhanaan, non-interaktif, keandalan, dan kemampuan untuk mengekstrak pengetahuan.

Prinsip bukti zk-SNARK Groth16 terutama mencakup langkah-langkah berikut:

1. Mengubah masalah menjadi sirkuit
2. Mengonversi rangkaian menjadi bentuk R1CS
3. Mengubah R1CS menjadi bentuk QAP
4. Membangun pengaturan yang dapat dipercaya, menghasilkan kunci bukti dan kunci verifikasi
5. Menghasilkan dan memverifikasi bukti zk-SNARKs

Perkembangan cepat teknologi zk-SNARKs sedang mendorong penerapannya di blockchain dan bidang yang lebih luas, di masa depan diharapkan dapat memainkan peran yang lebih besar dalam perlindungan privasi, skalabilitas, dan lainnya.